炭黑被广泛用颜料、填充材料、补强材料及耐候性改善剂等。炭黑一般是用圆筒性的炭黑反应炉生产的。反应炉分成三段，在第一反应段中，从反应炉的轴向或切向导入含氧气体和燃料，依靠它们的燃烧得到高温燃烧气流。该气流流入轴向连接的第二反应段。同时，在此处向该气流中导入原料烃，使之生成炭黑。在第三的反应段，使残留烃碳化后，急冷反应气体，使反应终止。这是众所周知的炉法炭黑工艺。
炭黑反应炉多以重油为燃料，乙烯焦油等碳氢化合物为原料，在生产炭黑过程中于反应炉内进行比较复杂的燃料燃烧，碳氢原料的热分解、冷却炭黑的喷雾水作用，以及燃料和原料热分解产物与内衬耐火砖组分的物理化学反应等多种过程，在反应炉内燃烧段温度可达1600~1700℃随着对炭黑产品质量的不断提高和对生产技术的调整操做温度也有原来的1700℃以下提高到1900℃左右。且炉内热气流速度很大，气流速度在喉管末端为全炉最大可达340~370m·s.正常工作状态下，喉管末端气流温度为1700℃以上，。同时，由于操作原因引起的停炉及各类产品的更换，均会造成炉衬材料受热应力作用引起剥落。另外，燃料和原料热解后产生的灰分中含有V、Ni、Na、Ca、S等的氧化物，对耐火材料也有很大的侵蚀作用。
一：内衬耐火砖设计要点：
1.1 抵抗高温气流冲蚀的能力
炭黑反应炉最大的特点是气流速度大温度高。特别是新工艺炭黑反应炉，正常工作状态下温度最高达1920℃，气流速度为370m/s，对炉衬材料的冲蚀作用是非常严重的，目前耐火材料试验室检测条件还无法模拟炭黑反应炉的工作条件，因此，也就无法简单地采用某一项理化指标来直接判断耐火材料抵抗高温气流冲蚀的能力。只能是材料的熔点或出现液相的温度越高，材料抵抗高温气流冲蚀的能力就越好，材料的使用寿命就越长。材料的荷重软化温度越高，说明材料的高温强度越高，材料抵抗高温气流冲蚀的能力也就越高，反之则越低。高温抗折强度和荷重软化变形温度反应的都是材料的高温强度，高温抗折检测的最高温度国内目前是1450℃，荷重软乎温度的最高检测温度是1700℃。相比之下，荷重软化温度比高温抗折强度更接近与材料在炭黑反应炉的使用情况。但是在1450℃以下，高温抗折强度则更直接地反映了材料的高温强度，在材质相同时，材料的体积密度越高，显气孔率越低，材料抵抗高温气流冲蚀的能力就越高。纯氧化铝熔点高达2025℃，高纯刚玉砖氧化铝含量达99.5%左右，杂质很少，它的熔点基本上接近氧化铝的熔点，估计在2000℃左右，荷重软化温度在1700℃以上，抵抗高温气流冲蚀能力较好，刚玉莫来石砖在1810℃左右会出现约11%的液相，1900℃时液相量则会高达20%，因此该材料荷重软化温度虽然大于1700℃，但在1800℃以上使用时会存在一定的问题，在1800℃以下使用时抵抗高温气流冲蚀的能力较好。铬刚玉砖开始出现液相的温度比高纯刚玉砖高、氧化铬含量越高，铬刚玉砖开始出现液相的温度也越高，液相粘度相应增大，砖的高温强度相应增高，相对应的是铬刚玉砖的高温性能好于高纯刚玉砖，抵抗高温气流冲蚀的能力要明显好于高纯刚玉砖。高铬砖和铬刚玉砖不同，高铬砖的氧化铬含量高于铬刚玉砖，但是热震稳定性很差是致命的缺点，为克服高铬材料的热震稳定性差加入一定的氧化锆材料来改善其热震稳定性。氧化锆的加入，材料开始出现液相的温度被大幅度降低，由Cr2O3—AL2O3系的2025~2200℃降低至1700℃左右，材料的高温强度大幅降低，荷重软化温度仅1650℃左右，比高纯刚玉砖、刚玉莫来石砖个铬刚玉砖都低。因此高铬砖抵抗1700℃以上高温气流冲蚀的能力较差。从以上分析可看出，抵抗1700℃以上高温气流冲蚀的能力大小依次为：氧化锆砖＞铬刚玉砖＞高纯刚玉砖＞刚玉莫来石砖＞高铬砖。
1.2抵抗炭黑粒子化学侵蚀的能力
新工艺炭黑反应炉原料入口处前部是氧化气氛，后部是还原气氛。氧化物材料的理化性能都是在大气状态即氧化气氛下测定的，而当氧化物在还原气氛下使用时，理化性能都程度不同地受到影响，尤其是材料高温性能。如氧化硅材料在1100℃以上的氢气气氛时，氧化硅将被氢气还原为金属硅，材料的结构被破坏而失效。为研究比较这几种耐火材料在炭黑反应炉喉管后部以后还原气氛下的使用情况，我们将这几种材料制成50mmX50mmx50mm左右的样块，放入装满炭黑的氧化铝坩埚，并将坩埚口用氧化铝细粉密封，于1600℃的窑内烧成10小时，测定样块在烧成实验前后重量和外观尺寸的变化，用于评价材料抵抗炭黑粒子化学侵蚀的能力。在通过10小时后的结果可以看出，刚玉砖和氧化锆砖抵抗炭黑李子化学侵蚀的能力都很好，外观尺寸无变化，而高铬砖则大不相同，重量损坏率高达—7%，因此，高铬砖在高温还原气氛下使用时要格外小心。
1.3 抵抗炉气中杂质侵蚀的能力
炭黑反应炉炉气中的杂质主要是氧化硅、氧化钙和氧化铝等，他们在高温下将会与砖衬发生一些列的物理化学反应，生成一些低熔点物质或在砖衬内产生一定量的液相，对砖衬结构产生破坏作用。高纯刚玉砖在收到炉气中SiO2、CaO等杂质侵蚀后，砖衬开始出现液相的温度由原来的2000℃左右降低至1500℃左右，根据高纯刚玉砖在新工艺炭黑反应炉喉管使用8个月后的残砖纤维结构分析来看，高纯刚玉砖在1920℃左右的高温使用状况下砖内液相量大约为5%，液相呈孤立状态存在。由此可见，高纯刚玉砖虽然由于气流中的SiO2、CaO等杂质的侵入，使得砖开始出现液相的温度大幅度降低，但液相量很小，对砖的结构破坏不大，因此，高纯刚玉砖抵抗炭黑反应炉气流中杂质侵蚀作用的能力较好。刚玉莫来石砖在受到炉气中杂质SiO2、CaO等侵蚀后，开始出现液相的温度由原来的1810℃左右降低为1500℃左右，与高纯刚玉住安相近，但由于刚玉莫来石砖本身有一定量的氧化硅，砖在使用过程中出现的也想量比高纯刚玉砖的要大许多，砖衬损坏速度自然要大一些，因此，刚玉莫来石砖抵抗炉气杂质侵蚀的能力比高纯刚玉砖要差一些。铬刚玉砖在受到炉气中SiO2、CaO、AL2O3等杂质侵蚀时，开始出现液相的温度由原来的2100℃左右降至1500℃左右，但由于砖中的氧化铬能吸收氧化钙形成熔点高达2300℃左右的固溶体，砖中实际产生的液相很少，粘度也较大，而且在SiO2、CaO、AL2O3等炉气杂质侵入量增大时，液相量增加较为缓慢，因此铬刚玉砖抵抗炭黑炉炉气中杂质的能力相当好。氧化锆砖在受到炭黑炉气中SiO2、CaO、AL2O3等杂质侵蚀时，砖开始出现液相的温度由原来的1680℃左右降低至1780℃左右，降低幅度较大，但仍高于前面几种200℃左右，因此，氧化锆砖抵抗炭黑炉炉气中杂质侵蚀的能力最好。
总结：氧化锆砖是最好的炭黑反应炉内衬耐火砖的炉衬材料，但是价格最高，因此，除非有特殊材料需求，炭黑反应炉采用氧化锆砖可能不很经济。高纯刚玉砖和铬刚玉砖作燃烧段和喉管段内衬材料较好，反应段和急冷段采用高纯刚玉砖较好，刚玉莫来石砖适宜于操作温度角度的炭黑反应炉